(ANKEN VÀ ANKIN)
Hiđrocacbon không no (cịn gọi là hiđrocacbon khơng bão hịa) là những hiđrocacbon có chứa liên kết đơi hoặc liên kết ba hoặc cả hai loại liên kết đó trong phân tử. Liên kết đôi và liên kết ba được gọi là liên kết bội. Những hiđrocacbon khơng no có thể ở dạng mạch hở hay mạch vòng.
Người ta phân biệt: Các hiđrocacbon mạch hở khơng no có một liên kết đơi được gọi là mononken hay anken), có nhiều liên kết đơi (polianken hay polien), có một liên kết ba (monoankin hay ankin), nhiều liên kết ba (poliankin hay poliin), có đồng thời cả liên kết đôi và liên kết ba (ankenin), …
Trong tên gọi của hiđrocacbon khơng no ở dạng vịng người ta thêm đầu ngữ xiclo, thí dụ: xicloanken, xicloankin, …
A. ANKEN
Anken là những hiđrocacbon khơng no mà trong phân tử có chứa một liên kết đơi cacbon-cacbon. Anken còn được gọi là olefin.
Công thức chung dãy đồng đẳng các anken mạch hở CnH2n (n 2) tương tự công thức chung của xicloankan CnH2n (n 3).
Trong anken, hai nguyên tử cacbon mang liên kết đơi ở trạng thái lai hóa sp2. Liên kết б giữa hai cacbon tạo thành nhờ sự xen phủ trục của hai obitan lai hóa sp2. Mỗi nguyên tử cacbon cịn lại một obitan p khơng lai hóa, chúng xen phủ bên để tạo thành liên kết π. Hai nguyên tử cacbon mang kiên kết đôi và bốn nguyên tử liên kết trực tiếp với chúng, nằm trên một mặt phẳng gọi là mặt phẳng phân tử. Mặt phẳng chứa obitan π thẳng góc với mặt phẳng phân tử gọi là mặt phẳng π.
Sáu nguyên tử cacbon trong phân tử ở trên cùng một mặt phẳng
Do sự xen phủ ở hai phía, obitan π này gồm hai phần ở phía trên và phía dưới mặt phẳng π (xem hình 3.1).
Các obitan p xen phủ tạo thành liên kết π
Hình 3.1. Liên kết π trong etilen được hình thành do sự xen phủ của Các obitan p khơng lai hóa ở ngun tử cacbon lại hóa sp2
Anken được gọi là khơng bão hịa vì chúng có phản ứng với hiđro khi có mặt của chất xúc tác. Sản phẩm ankan được gọi là bão hịa (no) vì nó khơng phản ứng thêm nữa với hiđro. Liên kết π của anken (hoặc ankin) hoặc vòng của hợp chất vòng đều làm giảm số nguyên tử hiđro trong công thức phân tử.
Cấu trúc đặc biệt này được gọi là các yếu tố khơng bão hịa. Mỗi yếu tố khơng bão hòa tương ứng với hai nguyên tử hiđro ít hơn trong “cơng thức bão hịa”.
Propan, C3H8 bão hòa
Propen, C3H6 một yếu tố khơng bão hịa
Xiclopropan, C3H6 một yếu tố khơng bão hịa Một cách đơn giản có thể xem yếu tố khơng bão hịa bằng nửa số hiđro mất đi so với hợp chất bão hịa. Cách tính tốn đơn giản này cho phép chúng ta xem xét các cấu trúc có thể có một cách nhanh chóng.
Ngồi ra, có thể tính số yếu tố khơng bão hịa bằng A theo cơng thức:
Trong đó: C là số nguyên tử cacbon; H là số nguyên tử hiđro.
3.1. Danh pháp và đồng phân3.1.1. Danh pháp 3.1.1. Danh pháp
Các anken đơn giản được gọi tên giống như ankan, khi thay hậu tố (đi) –an thành hậu tố -en. Thí dụ “etan” thành “eten”, “propan” thành “propen”.
CH2=CH2 CH2=CH-CH2
Tên IUPAC eten propen
Tên thông thường etilen propilen
đôi. Việc đánh số được tiến hành sao cho nối đơi có thể bắt đầu từ nguyên tử cacbon có số thứ tự thấp hơn (hoặc thấp nhất).
But-1-en Pent-1-en
But-2-en Pent-2-en
Hợp chất có hai liên kết đơi được gọi là đien, trien là hợp chất có ba liên kết đơi, tetraen có bốn liên kết đôi. Cách đánh số cũng như trong trường hợp một liên kết đơi.
But-1,3-dien Hepta-1,3,5-trien
Khi có nhóm ankyl gắn vào mạch chính thì trước tên nhóm cần đọc số chỉ vị trí.
3-Metylbut-1-en 3-Metylbut-1-en
3,6-Đimetylhept-2-en
Nếu tách một hiđro khỏi enken ta có nhóm ankenyl, tên của chúng được hình thành bằng cách chắp thêm đuôi –yl vào tên anken tương ứng, nhưng số thứ tự thì phải đánh từ đầu ngun tử cacbon có hóa trị tự do. Thí dụ:
But-2-en-1-yl But-3-en-1-yl
Một số gốc ankenyl thông thường được sử dụng phổ biến: CH2=
Metylen Vinyl Alyl
Số lượng đồng phân của anken lớn hơn so với ankan tương ứng. Ngồi đồng phân về mạch cacbon, ở các anken cịn xuất hiện đồng phân do khác nhau về vị trí của nối đơi trong mạch, cũng như về phân bố không gian khác nhau của các nhóm thế xung quanh nối đơi. Sự phân bố khác nhau này dẫn tới xuất hiện các đồng phân hình học (đồng phân cis-trans).
Thí dụ: Buten C4H8 có 3 đồng phân cấu tạo:
Buten – 1 hay but-1-en Buten – 2 hay but-2-en 2 – Metylpropen Sự có mặt liên kết đội trong anken xuất hiện một loại đồng phân lập thể đó là đồng phân hình học. Đặc điểm của loại đồng phân này là hai nhóm thế ở hai cacbon mang nối đơi ở cùng về một phía hoặc khác phía đối với nối đơi. Thực chất là ở cùng phía hoặc khác phía đối với mặt phẳng π của liên kết đơi. Khi hai nhóm thế ở cùng phía ta có dạng cis, cịn ở khác phía có dạng đồng phân trans.
Thí dụ: Buten có 2 dạng đồng phân hình học cis – trans sau:
cis-but-2-en trans–but-2-en
Nguyên nhân tồn tại hiện tượng đồng phân cis – trans là các nhóm thế không thể quay tự do xung quang liên kết đôi như xung quanh liên kết đơn vì khi quay như thế thì liên kết đôi sẽ bị phá vỡ. Các đồng phân cis – trans có tính chất vật lý và hóa học khác nhau như các đồng phân thơng thường.
3.2. Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của anken cũng gần giống như ankan, thí dụ nhiệt độ sơi của but-1-en, cis-but-2-en, trans-but-2-en và butan đều gần 0oC. Nhiệt độ sôi tăng dần với sự tăng phân tử khối.
3.3. Tính chất hóa học
Anken có liên kết đơi cacbon – cacbon nên mọi phản ứng đều xuất phát từ liên kết đó. Trong liên kết đơi cacbon - cacbon có liên kết б (~ 348 kJ/mol) bền hơn liên kết π (~ 268 kJ/mol), nên khi phản ứng liên kết π bị phá vỡ và nối đôi chuyển thành nối đơn.
Với lý do trên, các anken dễ tham gia phản ứng cộng hợp và các phản ứng oxi hóa.
3.3.1. Phản ứng cộng hợp: H2, X2, HX, H2Oa) Phản ứng cộng với tác nhân đối xứng H2, X2 a) Phản ứng cộng với tác nhân đối xứng H2, X2